Цитата з мого підручника:
Потоки турбомашини стійкі лише у середньому за часом сенсі; тобто потік є періодичним, з періодом, рівним часу, необхідному для переміщення леза на відстань, рівну відстані між сусідніми лопатями. Незважаючи на нестабільність, в елементарному аналізі всі змінні вважаються стійкими.
Чи можете ви пояснити, будь ласка, цю "нестабільність"? Який вплив має лезо, що переміщується на відстань, рівне відстані між сусідніми лопатями, на те, щоб зробити потік періодичним?
Відповіді:
Слова нестабільні та періодичні мають різний зміст залежно від контексту, в якому вони вживаються. Моя відповідь переважно стосується осьових чи радіальних турбомашин.
Скажімо, наша машина працює в певній робочій точці. Обертання лопатей (валу) не змінюється. Масова витрата через систему є постійною. Незважаючи на те, що ця робоча точка є постійною, потік всередині машини не повинен бути постійним. Для практичних цілей зазвичай розробляється кожен ряд леза у його специфічній (відносній) системі відліку. Це означає, що дизайнер «сидить» на плівці. Тепер ми припускаємо далі: постійні потоки та граничні умови. Це робить аеро- та механічну конструкцію можливою. При проектуванні лопатей і лопатей для турбомашини не створюватиметься "кожне" лезо, але припускає, що потік навколо лопатей буде однаковим для всіх лопатей одного леза. (Навіть незважаючи на те, що це припущення, як правило, не вірно на межах робочого діапазону, це дуже практичний підхід для початку проектування.) Це означає, що потік вважається стійким та періодичним .
Однак! Є одна річ, яка називається «Парадокс нестабільності» 1 . Це в основному зводиться до того , що турбомашини має хитатися, щоб працювати. Але нестабільність у цьому випадку стосується обертання клинка-ряду.
На малюнку зображено ескіз від Гріцера. Якщо вважати, що турбо-машина є «чорною скринькою», яка просто додає або витягує роботу, ніж описати турбомашини неможливо аналітично. Він працює лише при додаванні нерухомої та обертової чорної скриньки.
Без будь-яких спрощень потоку та геометрії не можна було б спроектувати турбомашину та передбачити її експлуатаційні характеристики.
Слід спростити дві речі:
У випадку аеродинаміки зазвичай нестабільність (вихрі та турбулентність) у потоці зазвичай усереднюється. У випадку геометрії передбачається періодичність (див. Малюнок нижче в Оксфордському університеті):
Для версії (a) був змодельований і просто скопійований один уривок (усі уривки виглядають однаково). У версії (b) всі пасажі були модельовані, показуючи незначні відмінності в певних умовах експлуатації.
Другим спрощенням геометрії є введення площин перемішування, тому обертову та нерухому частину турбомашини можна обчислити окремо (див. Малюнок нижче від Кембриджського університету):
Нестійкість, яка вводиться відносним рухом лопатей і лопатей (праворуч), усереднюється- (розмазується) -від (ліворуч).
Ці спрощення необхідні для швидкої оптимізації та розвитку турбомашини, а згодом їх виправляють та перевіряють за допомогою експериментів чи симуляцій високої точності.
1 Декан, РК, "Про необхідність нестійкого потоку в рідинних машинах", ASME J. Basic Eng. Березень 1959 р. С. 24-28
Сподіваємось, ця картина допоможе:
Ви можете спостерігати, що потік (синій) ділиться лопатями. Таке розділення початкового потоку робить потік нестійким і його можна порівняти з імпульсами.
Порівняння імпульсних та реакційних турбін:
Я думаю, що те, що мається на увазі у вашому підручнику, також може бути викликане швидкістю статора (як значення "сусідні леза"). Подумайте про багатоступеневу турбіну з декількома ступенями ротора-статора: на потік завжди впливатиме швидкість повороту турбіни, що робить її нестабільною (залежно від часу), тому що швидкість повороту є функцією часу.
Навіть не маючи статора, приплив до вашої турбомашини майже ніколи не буде повністю однорідним, що призводить до зміни швидкості протягом часу одного обороту. Це означає, що лезо вашої турбомашини буде відчувати різні сили за одне обертання через змінену швидкість і тиск.